JP3756486B2 - Contact failure detection method and apparatus for electric power equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送配電設備等で使用される電力機器の接触不良の検出に関する。本発明は、例えば、ロードブレークエルボとジャンクション間の接触不良や、多回路開閉器の可動電極と固定電極間の接触不良の検出に適用される。
【0002】
【従来の技術】
従来、電力機器の接続部に発生した接触不良の検出方法としては、接触不良に起因する発熱を検出するものや、X線透過撮影によるものが知られている。例えば、非特許文献1には、サーモラベルやサーモグラフィによる熱画像を利用する接触不良の検出方法が記載されている。また、特許文献1には、熱により形状が変化する形状記憶針を接続部に取り付け、形状記憶針の変形時に発生する放電により接触不良を検出する方法が記載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−64422号公報(図1)
【非特許文献1】
牧修市,「最新実用設備診断技術」,総合技術センター,1988年,p.869−875
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、部材の発熱の原因は、接触不良以外にも負荷電流量、接続部位個々のわずかな接触抵抗の違い、周囲環境等もあり得るため、接触不良発生時は発熱するとしても、発熱部位が必ず接触不良を生じていると言うことはできない。従って、熱画像等の情報から、対象部位における接触不良を検知することは、定性的であり、かつ判断のための熟練を要する。
【0005】
また、形状記憶針を使用する方法では、形状記憶針が変形する温度の設定が困難である。すなわち、温度設定が高いと接触不良の検出が遅れ、予防保全を行うことができず、温度設定が低いと接触不良以外の原因による発熱で形状記憶針の変形が生じてしまう。
【0006】
さらに、X線透過撮影を用いる方法は、撮影部位周辺の遮蔽が必要であり検出装置が大掛かりで設置、撤去等が煩雑である、電力機器によっては検出装置の設置が困難である等の理由で汎用性がない。また、X線透過撮影画像による接触不良の判断も定性的にならざるを得ず熟練を要する。
【0007】
前記従来の電力機器の接触不良検出における問題に鑑み、本発明は、電力機器の接触不良を高精度で検出可能な信頼性の高い検出方法を提供することを課題としている。また、本発明は、電力機器が設置されている現場で簡便に実行可能であり、熟練を要しない定量的な接触不良の検出方法を提供することを課題としている。
【0008】
本発明の第1の態様は、電力機器の接続部の近傍に超音波センサを配置し、前記電力機器への交流電力供給中に前記超音波センサにより前記接続部の近傍で超音波を検出し、前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、前記電力機器の前記接続部における接触不良を検出する、電力機器の接触不良検出方法を提供する。
【0009】
ロードブレークエルボとジャンクションや、多回路開閉器の可動電極と固定電極のような電力機器が備える接続部に接触不良が発生すると放電が生じ、その結果、超音波が発生する。この超音波を超音波センサで検出することで、接触不良を検出することができる。
【0010】
具体的には、前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の2倍の所定範囲内(例えば±10%)であれば、接触不良が発生していると判断する。
【0011】
本発明では、接触不良箇所における放電発生のみに起因して発生する超音波を利用して接触不良を検出するので、例えば接触不良に起因する発熱を利用する場合と比較すると、高精度で信頼性の高い接触不良の検出を実現することができる。また、超音波の周期成分と電源周波数との比較により、超音波が接触不良に起因するものであるか否かを判断するので、例えば熱画像やX線透過画像を用いる場合と比較すると、高精度で接触不良を検出することが可能であり、熟練を要しない定量的な評価が可能である。さらに、超音波センサ配置箇所の遮蔽等の大掛かりな装置は必要でなく電力機器が設置されている現場で簡便に接触不良の検出を行うことができる。さらにまた、超音波センサを配置可能であれば検出対象となる電力機器の種類も特に制限されないので、汎用性が高い。
【0012】
前記超音波の周期成分は、超音波センサにより検出された超音波の時間−振幅波形から検出してもよいが、周期成分の検出精度を高めるには、時間−振幅波形に対して短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、ウィグナー分布関数等の時間−周波数解析を行い、それに基づいて周期成分を検出することが好ましい。また、超音波センサにより検出された超音波の波形又はその包絡線検波波形に対して高速フーリエ変換を適用することにより前記周期成分を検出してもよい。
【0013】
超音波は電力機器中で伝播するのに伴って減衰するため、超音波センサの設置位置が放電の発生している接触不良の位置に近いほど超音波の強度が強い。従って、接触不良検出の精度や信頼性を高めるには、電力機器の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、前記複数箇所における超音波の周期成分の強度が変化しているときに、当該周期成分が接触不良に起因する放電によるものであると判定することが好ましい。
【0014】
また、前記のように超音波の周期成分の強度は接触不良の発生位置から超音波センサまでの距離と相関を有するので、前記電力機器の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、個々の検出位置における超音波の周期成分の強度差に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定することができる。
【0015】
代案しては、接触不良の発生箇所から近いほど接触不良に起因して発生する超音波の到達時間が早いので、前記電力機器の複数箇所にそれぞれ前記超音波センサを配置し、個々の超音波センサにより検出された超音波の周期成分発生の時間的前後関係に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定することができる。
【0016】
本発明の第2の態様は、電力機器の接続部の近傍に配置され、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を前記接続部の近傍で検出する超音波センサと、前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、前記電力機器の前記接続部における接触不良を検出する処理部とを備える、電力機器の接触不良検出装置を提供する。
【0017】
前記処理部は、前記超音波センサにより検出された超音波の周期成分を検出する周期成分検出部と、この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数又はその2倍の所定範囲内であれば、接触不良が発生していると判定する判定部とを備えることが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
【0019】
(第1実施形態)
図1に示すように、本発明の実施形態に係る接触不良装置は、超音波センサ10、プリアンプ11、フィルタ12、アンプ13、及び処理部14を備えている。超音波センサ10の検出信号は、プリアンプ11、フィルタ12、及びアンプ13を経て処理部14へ送られる。
【0020】
超音波センサ10は、例えば圧電素子型超音波センサであり、シリコングリスのような接触媒質16を介して接触不良の検出対象である電力機器17の表面に設置される。ただし、超音波センサ10は圧電素子型に限定されず、超音波を良好な感度で検出できるものであればよい。接触媒質16は超音波センサ10と電力機器17との接触部における超音波の伝達損失の低減及び電力機器と接触不良検出装置との間の絶縁性確保のために使用される。
【0021】
プリアンプ11は、ノイズの影響を低減するために超音波センサ10から出力される微弱な検出信号を増幅する。フィルタ12は、超音波センサ10の検出信号に含まれる外乱ノイズ、電気的ノイズを除去するためのものである。また、このフィルタ12はローパスフィルタ遮断周波数及びハイパスフィルタ遮断周波数を調整可能であり、接触不良に起因する放電発生時の超音波の卓越周波数に応じて最適な帯域のみを通過させる。アンプ13は、処理部14におけるS/N比を向上させるために検出信号を増幅する。
【0022】
図2に示すように、超音波センサ10にプリアンプ11を内蔵してもよい。図2において、26は例えば圧電素子である超音波検出用の素子であり、プリアンプ11はこの素子26と共に超音波センサ10のハウジング10a内に収容されている。プリアンプ11を内蔵することにより、素子26とプリアンプ11との間の信号線の長さを大幅に短縮することができるので、誘導ノイズの混入を防止することができる。
【0023】
処理部14は、超音波センサ10から入力された検出信号に基づいて、電力機器17の接続部に発生した接触不良を検出する。
【0024】
接触不良の検出対象である電力機器は特に限定されないが、例えば図3に示すロードブレークエルボ20とジャンクション21が検出対象となる。ロードブレークエルボ20は、ケーブル絶縁体22から露出させたケーブル導体23の端部に圧縮端子24を備え、この圧縮端子24に対してピンコンタクト26の基端側のねじ部が取り付けられている。圧縮端子24及びピンコンタクト26の基端側は半導電層と絶縁層で覆われている。ピンコンタクト26の先端側はロードブレークエルボ20を挿入するための差込孔20a内に突出し、最先端部には消弧棒27を備えている。一方、ジャンクション21はロードブレークエルボ20側のピンコンタクト26と接触するチューリップコンタクト28を備えている。チューリップコンタクト28の基端側に配置されたピストン31とアルミハウジング30との間にルーパ29が配置されている。ケーブル導体23から圧縮端子24、ピンコンタクト26、チューリップコンタクト28、ピストン31、及びルーバ29を経てアルミハウジング30に電流が流れる。このロードブレークエルボ20及びジャンクション21では、圧縮端子24とピンコンタクト26の接続部C1と、ピンコンタクト26とチユリップコンタクト28の接続部C2、及びピストン31とアルミハウジング30の接続部C3(ルーバ29)における接触不良の発生が検出対象となる。
【0025】
検出対象の他の例としては、図4及び図5に示す多回路開閉器40がある。この多回路開閉器40は、それぞれ固定電極部61と可動電極部62からなる複数(例えば5回路)の開閉器を備えている。固定電極部61は、架台63内に配索された母線64に接続された端子65aと、ケーブル67側の端子65bとを備えている。一方、可動電極部62は、それぞれ母線64側及びケーブル67側の端子65a,65bと対応する一対の端子68a,68bを備え、これらの端子68a,68bは互いに接続されている。図5に示すように可動電極部62が降下位置にあると可動電極部62の端子68a,68bが固定電極部61の端子65a,65bに接続され、母線64とケーブル67からなる回路が閉成される。一方、可動電極部62が上昇位置となり可動電極部62の端子68a,68bが固定電極部61の端子65a,65bから外れると、回路が開成される。この多回路開閉器40では、固定電極部61の端子65a,65bと可動電極部62の端子68a,68bの接続部C4,C5における接触不良の発生が検出対象となる。
【0026】
その他、検出対象となり得る電力機器としては、ケーブル端末、電動機、配電盤、制御盤、各種スイッチ、リレー等がある。
【0027】
処理部14は、超音波センサ10から受信した検出信号に基づいて接触不良の発生を検出する。また、処理部14には、操作者が接触不良検出装置を操作するために、モニタ51や、図示しない入力装置等が接続されている。
【0028】
接触不良検出装置は、各種のアナログ回路及びデジタル回路や、測定機器を含む各種の機器を組み合わせて構成することができる。例えば、フィルタ12、アンプ13、並びにモニタ51を含む処理部14は、超音波用波形弁別器とデジタルオシロスコープにより構成することができる。
【0029】
超音波センサ10とプリアンプ11とを接続する信号線52は、フェライトコア53に挿通されている。これは超音波センサ10とプリアンプ11との間で原因が必ずしも明確でない誘導ノイズが混入することがあるので、この種のノイズの影響を低減するためである。
【0030】
次に、この接触不良検出装置を使用した接触不良検出方法を説明する。まず、超音波センサ10を電力機器17の表面に接触媒質16を介して配置する。次に、電力機器へ交流電力を供給している状態、すなわち活線状態で超音波センサ10により超音波を検出する。
【0031】
超音波センサ10の検出信号は、プリアンプ11、フィルタ12、及びアンプ13を介して処理部14へ送られる。この際、超音波センサ10とプリアンプ11の間の信号線52をフェライトコア53に挿通することにより、又はプリアンプ11を超音波センサ10に内蔵することにより、超音波センサ10とプリアンプ11との間での誘導ノイズの混入を防止してS/N比を向上させることができる。
【0032】
図6を参照すると、処理部14には電力機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズ振幅L1よりも十分大きい振幅を振幅閾値LTHが予め設定している。そして、超音波センサ10の検出信号の周期性成分の振幅L1が振幅閾値LTHを上回る場合には、処理部14は超音波センサ10により検出された周期成分が接続部の放電に起因するものであり、接続部に接触不良が発生していると判断する。
【0033】
このように接触不良箇所での放電により生じる超音波を利用して接触不良を検出するので、例えば接触不良箇所の発熱を利用する場合と比較すると、高精度で信頼性の高い接触不良の検出を行うことができる。また、超音波センサ10の設置箇所の遮蔽等の大掛かりな装置を必要としないので、電力機器が設置されている現場で簡便に接触不良の検出を行うことができる。さらに、電圧パルス又は電流パルスを検出する必要がない点でも、簡便な接触不良の検出が可能である。
【0034】
電力機器の複数箇所で超音波センサ10により測定を繰り返すことで、検出精度の向上と接触不良の発生箇所の判定が可能である。以下、この点について、検出対象が、図3に示すロードブレークエルボ20及びジャンクション21である場合を例に説明する。
【0035】
図7(A),(B)に示すように、ロードブレークエルボ20の表面の4箇所に測定位置P1〜P4を設定する。これらの測定位置P1〜P4のうち、測定位置P2が圧縮端子24とピンコンタクト25との接続部C1(図3参照)に対して最も近接して配置され、測定位置P1,P3,P4の順で接続部C1からの距離が離れている。また、測定位置P1がピンコンタクト25とチューリップコンタクト28との接続部C2に対して最も近接して配置され、測定位置P2,P3、測定位置P4の順で接続部C2からの距離が離れている。さらに、測定位置P3がピストン31とアルミハウジング30の接続部C3に対して最も近接して配置され、測定位置P1,P2,P4の順で接続部C3からの距離が離れている。活線状態で測定位置P1〜P4において超音波の検出を繰り返す。1個の超音波センサ10を使用して各測定位置P1〜P4で超音波の検出を行ってもよいし、各測定位置P1〜P4にそれぞれ超音波センサ10を配置して超音波の検出を行ってもよい。また、各測定位置P1〜P4での検出を同時に行ってもよい。
【0036】
超音波は電極機器中を伝播するのに伴って減衰するため、超音波センサ10の設置位置P1〜P4が接触不良の発生している接続部C1,C2に近いほど超音波の周期成分の振幅が大きくなる。従って、各測定位置P1〜P4で図8に示す波形が検出された場合、測定位置P1,P2で振幅閾値LTHを上回る振幅を有する周期成分Z1,Z2が検出され、測定位置P1と測定位置P2で振幅が異なっていることから、周期成分Z1,Z2が接触不良箇所での放電に起因すると判定できる。また、測定位置P2における周期成分Z2の振幅が測定位置P1における周期成分Z1の振幅よりも大きく、振幅の大きさは測定位置P2,P1,P3,P4の順となっているので、接触不良が発生しているのは測定位置P2に最も近い圧縮端子24とピンコンタクト25の接続部C1であると判定することができる。同様に、各測定位置P1〜P4で図9に示す波形が検出された場合、測定位置P1,P2で周期成分Z1,Z2の振幅が異なることから、接触不良箇所での放電に起因すると判定できる。また、測定位置P1における周期成分Z1の振幅が測定位置P2における周期成分Z2の振幅よりも大きく、振幅の大きさは測定位置P1,P2,P3,P4の順になっているので、接触不良が発生しているのは測定位置P1に最も近いピンコンタクト25とチューリップコンタクト28の接続部C2であると判定することができる。ピストン31とアルミハウジング30の接続部C3に接触不良が発生している場合には、各測定位置における超音波の振幅の大きさは、P3,P1,P2,P4の順になる。
【0037】
超音波の到達時間に基づいて、接触不良箇所の判定が可能である。以下、この点について説明する。図7(A),(B)に示すように、ロードブレークエルボ20の4箇所の測定位置P1〜P4にそれぞれ超音波センサ10を設置し、ロードブレークエルボ40及びジャンクション41に対する交流電流供給中の超音波を測定する。各測定位置P1〜P4における超音波の波形が図10に示す場合、各測定位置P1〜P4で閾値振幅LTHを上回る振幅が検出される時刻はそれぞれtd1〜td4である。交流電力の供給開始時には、接触不良の発生箇所から近いほど接触不良に起因して発生する超音波の到達時間が早い。検出時刻td1〜td4を比較すると、測定位置P2,P1,P3,P4の順で閾値振幅LTHを上回る振幅の超音波が検出されている。従って、測定位置P2が接触不良による放電発生箇所に最も近く、圧縮端子24とピンコンタクト25の接続部C1で接触不良が発生していると判定できる。
【0038】
(第2実施形態)
図11に示す本発明の第2実施形態に係る接触不良検出装置では、処理部14は、超音波センサ10の検出信号から超音波の周期成分を検出する周期成分検出部18と、周期成分検出部18により検出された周期成分と電力機器へ供給される交流電力の周波数(電源周波数)とを比較して、超音波の周期成分が接触不良に起因して発生した放電によるものであるか否かを判定する判定部19とを備えている。
【0039】
超音波センサ10の検出信号には電力機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズが含まれ、かつ接触不良による放電に起因する周期成分はパルス的であるので、超音波センサ10で検出された波形全体の中に占めるこの周期成分の割合は非常に小さい。従って、S/N比が低い場合には、周期成分検出部18は超音波の波形又はその検波波形から直接的に周期成分を検出するのは困難となる。また、通常の高速フーリエ変換は、波形全体の周波数スペクトルを得るものであるので、瞬間的な変化がデータ点数内で平均化されてしまうためとらえにくくなり、S/N比が低いと高精度で周期成分を検出することが困難である。
【0040】
そこで、本実施形態では、周期成分とその発生周期を高精度で検出するために、周期成分検出部18で使用する周波数解析方法として時間−周波数解析を採用している。この時間−周波数解析は、超音波の波形を時間軸方向に分割し、分割された時間区間毎に周波数スペクトルを検出するものである。
【0041】
時間−周波数解析には、例えば短時間フーリエ変換がある。この短時間フーリエ変換は、超音波の波形を時間軸方向に分割してウィンドを設定し、ウィンドを時間軸上で少しずつずらしてウィンド毎に高速フーリエ変換を適用するものである。ウィンド幅を超音波の波形よりも十分短く設定すると、元の波形の一部のみが存在する波形となるが、この波形に高速フーリエ変換を適用することにより、刻一刻の時点での周波数スペクトルが得られ、短時間の変化を抽出することができる。その他の時間−周波数解析としては、ウェーブレット変換、ウィグナー分布関数等がある。
【0042】
なお、S/N比が大きい場合には、第1実施形態で説明したように、周期成分検出部18は超音波の波形又はその検波波形から直接的に周期成分を検出することができる。また、S/N比が大きい場合には、超音波の波形又はその包絡線検波した波形を高速フーリエ変換することにより周波数解析を行い、それによって周期成分を検出してもよい。
【0043】
周期成分検出部18で検出された超音波の周期成分は判定部19に入力される。判定部19は、この検出された超音波の周期成分の発生周期と、電源周波数とを比較し、接触不良に起因する放電発生の有無を判定する。この判定原理について図7を参照して説明する。
【0044】
図12(A)は電力機器に交流電圧が供給されているときの、接触不良を起こしている2つの部材の近傍に作用する電圧Va(二点鎖線)と、これらの部材間に作用する電圧Vb(実線)との関係を示している。電圧Vaの周波数は、電力機器に供給される交流電圧の周波数(電源周波数)と同一である。
【0045】
時間t1まで電圧Vaは増加するので、電圧Vbが正の火花電圧+Vthに達し、図12(B)に示すように放電が発生する。放電が発生すると2部材間に逆電界が形成され、電圧Vbは瞬間的にほぼ0Vまで低下する。時間t1から電圧Vaが降下を開始すると、電圧V b もそれに伴って降下し、火花電圧−Vthに達して放電が発生する。この放電により電圧Vbは瞬間的にほぼ0Vに戻るが、電圧Vaの降下に伴って電圧Vbも降下するので再び火花電圧−Vthに達して放電が発生する。この2回の放電は極めて短い時間間隔で発生するので、1回の放電PDとみなすことができる。時間t3から電圧Vaが上昇を開始すると、電圧Vbもそれに伴って上昇し、火花電圧+Vthに達して放電が発生する。この放電により電圧Vbは瞬間的にほぼ0Vに低下するが、電圧Vaの上昇に伴って電圧Vbも上昇するので再び火花電圧−Vthに達して放電が発生する。これらの放電も極めて短い時間間隔で発生するので、1回の放電PDとみなすことができる。
【0046】
以上のプロセスが繰り返される結果、電圧Vaがゼロクロスから変化する付近で放電PDが繰り返し生じ、その発生周期は電圧Vaの周波数、すなわち電源周波数の2倍となる。また、状況によって電圧Vaの正又は負のいずれか一方の相でのみ放電PDが生じることもあり得る。この場合、放電PDの発生周期は電源周波数と同一となる。従って、超音波センサ10により検出された超音波が、周期成分を含み、その周期成分が電源周波数と同一又はその2倍付近の発生周期を有していれば、当該周期成分は接触不良に起因する放電によるものであると考えることができる。
【0047】
図13及び図14は、周期成分検出部18において超音波の波形に対して短時間フーリエ変換を適用して周波数解析を行った例を概略的に示している。図13は電源周波数(50Hz)と同一の発生周期(50Hz)を有する放電に起因する周期成分が含まれる場合を示し、図14は電源周波数の2倍の発生周期(100Hz)を有する放電に起因する周期成分が含まれる場合を示している。
【0048】
図13(A)及び図14(A)に示すように、元の超音波の波形では、周期成分XはノイズYに埋もれている。この波形に対して短時間フーリエ変換を適用すると、図13(B)及び図14(B)に示すように、周波数スペクトルに周期成分Xが現れる。そして、図13(C)及び図14(C)に示すように、スペクトル強度の時間変化から、周期成分の発生周期が検出される。
【0049】
前記のように周期成分検出部18で検出された超音波の周期成分の発生周期は、判定部19に送られる。判定部19は、周期成分の発生周期と電源周波数とを比較し、周期成分が電源周波数と同一又はその2倍に対して所定範囲内であれば、周期成分検出部18で検出された周期成分は放電に起因するものであると判定する。例えば、電源周波数が50Hzの場合、判定部19は周期成分検出部18が検出した超音波の周期成分の発生周期が50Hz又は100Hzの所定範囲内であれば、超音波の周期成分は放電に起因するものであり、接触不良部位で放電が発生していると判断する。前記所定範囲は、測定誤差、周波数解析に伴う誤差等を考慮して設定される。例えば、この所定範囲は電源周波数と同一又はその2倍の±10%の範囲に設定される。図13の例では周期成分の周波数が電源周波数と同一であり、図14の例では周期成分周期成分の周波数が電源周波数の2倍である。従って、いずれのに例でも、判定部19は接触不良に起因して放電が発生していると判定する。
【0050】
本実施形態では、前記のように超音波の周期成分と電源周波数との比較により、超音波が接触不良に起因するものであるか否かを判断するので、例えば熱画像やX線透過画像を用いる場合と比較すると、高精度で接触不良を検出することが可能であり、熟練を要せず信頼性の高い定量的な評価が可能である。特に、時間−周波数解析により周期成分を検出することにより、より高精度での検出が可能となる。
【0051】
第2実施形態のその他の構成及び作用は第1実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0052】
本発明は、前記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、検出対象が多回路開閉器である場合に、図4に示すように6箇所の測定位置P1’〜P6’に超音波センサ10を配置すればよい。
【0053】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の方法及び装置では、接触不良箇所での放電に伴う超音波を利用して接触不良を検出するので、例えば接触不良に起因する発熱を利用する場合と比較すると、高精度で信頼性の高い接触不良の検出を実現することができる。また、超音波の周期成分と電源周波数との比較により、超音波が接触不良に起因するものであるか否かを判断するので、例えば熱画像やX線透過画像を用いる場合と比較すると、高精度で接触不良を検出することが可能であり、熟練を要せず信頼性の高い定量的な評価が可能である。さらに、超音波センサ配置箇所の遮蔽等の大掛かりな装置は必要でないので電力機器が設置されている現場で簡便に接触不良の検出を行うことができる。さらにまた、超音波センサを配置可能であれば検出対象となる電力機器の種類も特に制限されないので、汎用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る接触不良検出装置を示す概略図である。
【図2】 プリアンプを内蔵した超音波センサを示す概略図である。
【図3】 ロードブレークエルボとジャンクションの接続状態を示す断面図である。
【図4】 多回路開閉器を示し、(A)は部分正面図、(B)は部分平面図である。
【図5】 図4(B)のV−V線での断面図である。
【図6】 接触不良に起因する超音波の振幅とノイズとの関係を示すグラフである。
【図7】 ロードブレークエルボに取り付ける超音波センサの配置を示し、(A)は側面図、(B)は正面図である。
【図8】 複数箇所に配置された超音波センサにより検出される超音波の計測波形の一例を示すグラフである。
【図9】 複数箇所に配置される超音波センサにより検出される超音波の計測波形の他の一例を示すグラフである。
【図10】 複数の超音波センサで同時に検出された超音波の計測波形の一例を示すグラフである。
【図11】 本発明の第2実施形態に係る接触不良検出装置を示す概略図である。
【図12】 (A)は電力機器の接続部の近傍に作用する電圧と接触不良が発生している接続部に作用する電圧の関係を示すグラフ、(B)は(A)に対応する放電パルス波形を示すグラフである。
【図13】 短時間フーリエ変換による超音波の周期成分(50Hz)の検出の一例を示し、(A)は計測波形を示すグラフ、(B)は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、(C)は周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【図14】 短時間フーリエ変換による超音波の周期成分(100Hz)の検出の一例を示し、(A)は計測波形を示すグラフ、(B)は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、(C)は特定周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10 超音波センサ
10a ハウジング
11 プリアンプ
12 フィルタ
13 アンプ
14 処理部
16 接触媒質
17 電力機器
18 周期成分検出部
19 判定部
20 ロードブレークエルボ
20a 差込孔
21 ジャンクション
22 ケーブル絶縁体
23 ケーブル導体
24 圧縮端子
25 ピンコンタクト
27 消弧棒
28 チューリップコンタクト
29 ルーバ
30 アルミハウジング
31 ピストン
40 多回路開閉器
51 モニタ
52 信号線
53 フェライトコア
61 固定電極部
62 可動電極部
63 架台
64 母線
65a,65b 端子
67 ケーブル
68a,68b 端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to detection of poor contact of electric power equipment used in power transmission and distribution facilities. The present invention is applied to, for example, detecting a contact failure between a road break elbow and a junction and a contact failure between a movable electrode and a fixed electrode of a multi-circuit switch.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method for detecting a contact failure occurring at a connection portion of a power device, a method for detecting heat generated due to the contact failure or a method using X-ray transmission imaging is known. For example, Non-Patent Document 1 describes a contact failure detection method using a thermal image by a thermo label or thermography. Patent Document 1 describes a method in which a shape memory needle whose shape changes due to heat is attached to a connecting portion, and a contact failure is detected by electric discharge generated when the shape memory needle is deformed.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-64422 (FIG. 1)
[Non-Patent Document 1]
Makishi City, “Latest Practical Equipment Diagnosis Technology”, General Technology Center, 1988, p. 869-875
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the cause of heat generation of the members may be load current amount, slight difference in contact resistance of each connection part, ambient environment, etc. in addition to poor contact. It cannot be said that there is always a poor contact. Therefore, it is qualitative to detect a contact failure in a target part from information such as a thermal image, and skill for judgment is required.
[0005]
Further, in the method using the shape memory needle, it is difficult to set the temperature at which the shape memory needle is deformed. That is, if the temperature setting is high, the detection of contact failure is delayed and preventive maintenance cannot be performed, and if the temperature setting is low, the shape memory needle is deformed due to heat generation other than the contact failure.
[0006]
Furthermore, the method using X-ray transmission imaging requires shielding around the imaging region, the detection device is large, and installation and removal are complicated, and it is difficult to install the detection device depending on the power equipment. There is no versatility. In addition, the determination of poor contact based on an X-ray transmission image must be qualitative and requires skill.
[0007]
In view of the problem in the conventional contact failure detection of a power device, the present invention has an object to provide a highly reliable detection method capable of detecting a contact failure of a power device with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a quantitative contact failure detection method that can be easily executed at a site where power equipment is installed and does not require skill.
[0008]
A first aspect of the present invention is a power device.Near the connectionAn ultrasonic sensor is placed on the power device while AC power is being supplied to the power device.SaidWith ultrasonic sensorIn the vicinity of the connectionBased on the ultrasonic wave detected and detected by the ultrasonic sensor,SaidPower equipmentIn the connectionProvided is a contact failure detection method for a power device, which detects a contact failure.
[0009]
When a contact failure occurs in a connecting portion of a power device such as a load break elbow and a junction or a movable electrode and a fixed electrode of a multi-circuit switch, discharge occurs, and as a result, ultrasonic waves are generated. A contact failure can be detected by detecting this ultrasonic wave with an ultrasonic sensor.
[0010]
Specifically, the generation period of the periodic component of the ultrasonic wave is compared with a power supply frequency that is the frequency of the AC power supplied to the power device, and the generation period of the ultrasonic component is the power supply frequency.Or the generation period of the periodic component of the ultrasonic wave is the power frequency.If it is within a predetermined range twice (for example, ± 10%), it is determined that a contact failure has occurred.
[0011]
In the present invention, since contact failure is detected using ultrasonic waves generated only due to the occurrence of discharge at a contact failure location, for example, compared with the case where heat generation due to contact failure is used, the accuracy and reliability are high. High contact failure can be detected. Moreover, since it is determined whether or not the ultrasonic wave is caused by poor contact by comparing the periodic component of the ultrasonic wave and the power supply frequency, for example, compared with the case of using a thermal image or an X-ray transmission image, It is possible to detect a contact failure with accuracy, and quantitative evaluation without skill is possible. Furthermore, a large-scale device such as shielding of the ultrasonic sensor placement location is not necessary, and contact failure can be easily detected at the site where the power equipment is installed. Furthermore, if the ultrasonic sensor can be arranged, the type of electric power device to be detected is not particularly limited, and therefore versatility is high.
[0012]
The periodic component of the ultrasonic wave may be detected from the time-amplitude waveform of the ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor, but in order to improve the detection accuracy of the periodic component, a short-time Fourier is applied to the time-amplitude waveform. It is preferable to perform time-frequency analysis such as transformation, wavelet transformation, Wigner distribution function, etc., and to detect periodic components based on the time-frequency analysis. Further, the periodic component may be detected by applying a fast Fourier transform to the waveform of the ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor or its envelope detection waveform.
[0013]
Since the ultrasonic wave is attenuated as it propagates in the electric power device, the ultrasonic wave intensity is stronger as the installation position of the ultrasonic sensor is closer to the position of the contact failure where the discharge is generated. Therefore, in order to improve the accuracy and reliability of contact failure detection, ultrasonic detection during the supply of AC power to the power device by the ultrasonic sensor is repeated at a plurality of locations of the power device, and the ultrasonic waves at the plurality of locations are detected. When the intensity of the periodic component is changing, it is preferable to determine that the periodic component is due to discharge resulting from poor contact.
[0014]
Further, since the intensity of the periodic component of the ultrasonic wave has a correlation with the distance from the contact failure occurrence position to the ultrasonic sensor as described above, the alternating current to the power equipment by the ultrasonic sensor at a plurality of locations of the power equipment. The detection of the ultrasonic wave during power supply is repeated, and the location of occurrence of poor contact in the power device can be determined based on the intensity difference of the periodic component of the ultrasonic wave at each detection position.
[0015]
As an alternative, since the arrival time of the ultrasonic wave generated due to the contact failure is earlier as it is closer to the occurrence point of the contact failure, the ultrasonic sensors are arranged at a plurality of locations of the power device, respectively, Based on the temporal relationship of the generation of the periodic component of the ultrasonic wave detected by the sensor, it is possible to determine the occurrence location of the contact failure in the power device.
[0016]
The second aspect of the present invention is an electric power device.Near the connectionUltrasonic waves generated during AC power supply to power equipmentIn the vicinity of the connectionBased on the ultrasonic sensor to detect and the ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor,SaidPower equipmentIn the connectionProvided is a contact failure detection device for a power device, comprising a processing unit that detects contact failure.
[0017]
The processing unit includes a periodic component detection unit that detects a periodic component of the ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor, a generation cycle of the periodic component of the ultrasonic wave detected by the periodic component detection unit, and the power device. If the generation frequency of the periodic component of the ultrasonic wave is within the predetermined range of the power supply frequency or twice that, the contact failure has occurred. It is preferable to provide the determination part to determine.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
[0019]
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the contact failure apparatus according to the embodiment of the present invention includes an
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
As shown in FIG. 2, the
[0023]
Based on the detection signal input from the
[0024]
Although the electric power apparatus which is the detection target of a contact failure is not specifically limited, For example, the
[0025]
Another example of the detection target is a
[0026]
Other power devices that can be detected include cable terminals., ElectricThere are motives, switchboards, control panels, various switches, relays, etc.
[0027]
The
[0028]
The contact failure detection device can be configured by combining various analog circuits and digital circuits, and various devices including measurement devices. For example, the
[0029]
A
[0030]
Next, a contact failure detection method using this contact failure detection device will be described. First, the
[0031]
The detection signal of the
[0032]
Referring to FIG. 6, the
[0033]
In this way, since contact failure is detected using ultrasonic waves generated by discharge at a contact failure location, for example, compared to the case where heat generation at a contact failure location is used, detection of contact failure with high accuracy and high reliability can be performed. It can be carried out. Further, since a large-scale device such as shielding of the installation location of the
[0034]
By repeating the measurement with the
[0035]
As shown in FIGS. 7A and 7B, measurement positions P1 to P4 are set at four locations on the surface of the
[0036]
Since the ultrasonic wave is attenuated as it propagates through the electrode device, the closer the installation positions P1 to P4 of the
[0037]
Based on the arrival time of the ultrasonic wave, it is possible to determine a contact failure location. Hereinafter, this point will be described. As shown in FIGS. 7A and 7B, the
[0038]
(Second Embodiment)
In the contact failure detection device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 11, the
[0039]
The detection signal of the
[0040]
Therefore, in the present embodiment, time-frequency analysis is adopted as a frequency analysis method used by the periodic
[0041]
An example of the time-frequency analysis is a short-time Fourier transform. In the short-time Fourier transform, a window is set by dividing an ultrasonic waveform in the time axis direction, and the fast Fourier transform is applied to each window by shifting the window little by little on the time axis. If the window width is set to be sufficiently shorter than the ultrasonic waveform, only a part of the original waveform will be present. By applying the Fast Fourier Transform to this waveform, the frequency spectrum at the moment can be obtained. It is possible to extract changes in a short time. Other time-frequency analysis includes wavelet transform and Wigner distribution function.
[0042]
When the S / N ratio is large, as described in the first embodiment, the periodic
[0043]
The ultrasonic periodic component detected by the periodic
[0044]
FIG. 12A shows a voltage V acting in the vicinity of two members causing poor contact when an AC voltage is supplied to a power device.a(Two-dot chain line) and the voltage V acting between these membersb(Solid line). Voltage VaThis frequency is the same as the frequency of the AC voltage (power supply frequency) supplied to the power equipment.
[0045]
Voltage V until time t1aIncreases, so the voltage VbIs positive spark voltage + VthAnd discharge occurs as shown in FIG. When discharge occurs, a reverse electric field is formed between the two members, and the voltage VbInstantaneously drops to almost 0V. Voltage V from time t1aWhen starts to drop, the voltageV b Will also drop with the spark voltage -VthAnd discharge occurs. This discharge causes the voltage VbMomentarily returns to 0V, but the voltage VaAs the voltage drops, the voltage VbAgain, the spark voltage -VthAnd discharge occurs. Since these two discharges occur at an extremely short time interval, they can be regarded as one discharge PD. Voltage V from time t3aWhen the voltage starts to rise, the voltage VbRises accordingly, and spark voltage + VthAnd discharge occurs. This discharge causes the voltage VbInstantaneously drops to almost 0V, but the voltage VaAs the voltage rises, the voltage VbWill also rise, so the spark voltage is again -VthAnd discharge occurs. Since these discharges are also generated at extremely short time intervals, they can be regarded as a single discharge PD.
[0046]
As a result of the above process being repeated, the voltage VaThe discharge PD is repeatedly generated in the vicinity where the value changes from the zero cross, and the generation cycle is the voltage Va, Ie, twice the power frequency. Further, depending on the situation, the discharge PD may occur only in either the positive or negative phase of the voltage Va. In this case, the generation period of the discharge PD is the same as the power supply frequency. Therefore, if the ultrasonic wave detected by the
[0047]
FIGS. 13 and 14 schematically show an example in which frequency analysis is performed by applying a short-time Fourier transform to an ultrasonic waveform in the periodic
[0048]
As shown in FIGS. 13A and 14A, the periodic component X is buried in the noise Y in the original waveform of the ultrasonic wave. When a short-time Fourier transform is applied to this waveform, a periodic component X appears in the frequency spectrum as shown in FIGS. 13 (B) and 14 (B). Then, as shown in FIGS. 13C and 14C, the generation period of the periodic component is detected from the temporal change of the spectrum intensity.
[0049]
The generation period of the ultrasonic periodic component detected by the periodic
[0050]
In the present embodiment, as described above, it is determined whether the ultrasonic wave is caused by poor contact by comparing the periodic component of the ultrasonic wave and the power supply frequency. For example, a thermal image or an X-ray transmission image is obtained. Compared with the case of using, it is possible to detect a contact failure with high accuracy, and it is possible to perform quantitative evaluation with high reliability without requiring skill. In particular, by detecting a periodic component by time-frequency analysis, detection with higher accuracy becomes possible.
[0051]
Since other configurations and operations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0052]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, when the detection target is a multi-circuit switch, the
[0053]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the method and apparatus of the present invention, since contact failure is detected using ultrasonic waves accompanying discharge at a contact failure location, for example, when heat generated due to contact failure is used. In comparison, highly accurate and reliable detection of contact failure can be realized. Moreover, since it is determined whether or not the ultrasonic wave is caused by poor contact by comparing the periodic component of the ultrasonic wave and the power supply frequency, for example, compared with the case of using a thermal image or an X-ray transmission image, It is possible to detect a contact failure with accuracy, and a highly reliable quantitative evaluation is possible without requiring skill. Furthermore, since a large-scale device such as shielding of the ultrasonic sensor placement location is not necessary, it is possible to easily detect contact failure at the site where the power equipment is installed. Furthermore, if the ultrasonic sensor can be arranged, the type of electric power device to be detected is not particularly limited, and therefore versatility is high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a contact failure detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an ultrasonic sensor incorporating a preamplifier.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a connection state between a load break elbow and a junction.
4A and 4B show a multi-circuit switch, in which FIG. 4A is a partial front view, and FIG. 4B is a partial plan view.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the amplitude of ultrasonic waves and noise caused by poor contact.
7A and 7B show an arrangement of ultrasonic sensors attached to a load break elbow, where FIG. 7A is a side view and FIG. 7B is a front view.
FIG. 8 is a graph showing an example of an ultrasonic measurement waveform detected by ultrasonic sensors arranged at a plurality of locations.
FIG. 9 is a graph showing another example of an ultrasonic measurement waveform detected by ultrasonic sensors arranged at a plurality of locations.
FIG. 10 is a graph showing an example of an ultrasonic measurement waveform detected simultaneously by a plurality of ultrasonic sensors.
FIG. 11 is a schematic view showing a contact failure detection device according to a second embodiment of the present invention.
12A is a graph showing a relationship between a voltage acting in the vicinity of a connecting portion of a power device and a voltage acting on a connecting portion in which a contact failure occurs, and FIG. 12B is a discharge corresponding to FIG. It is a graph which shows a pulse waveform.
FIG. 13 shows an example of detection of a periodic component (50 Hz) of an ultrasonic wave by short-time Fourier transform, (A) is a graph showing a measured waveform, and (B) is a concept showing a frequency spectrum obtained by short-time Fourier transform. FIG. 4C is a graph showing the relationship between the spectral intensity of the periodic component and time.
FIG. 14 shows an example of detection of a periodic component (100 Hz) of an ultrasonic wave by short-time Fourier transform, (A) is a graph showing a measured waveform, and (B) is a concept showing a frequency spectrum obtained by short-time Fourier transform. FIG. 4C is a graph showing the relationship between the spectral intensity of a specific periodic component and time.
[Explanation of symbols]
10 Ultrasonic sensor
10a housing
11 Preamplifier
12 Filter
13 Amplifier
14 Processing unit
16 Contact medium
17 Electric power equipment
18 Periodic component detector
19 Judgment part
20 Road break elbow
20a insertion hole
21 junction
22 Cable insulation
23 Cable conductor
24 Compression terminal
25 pin contact
27 Arc extinguishing rod
28 Tulip contact
29 louvers
30 Aluminum housing
31 piston
40 Multi-circuit switch
51 Monitor
52 signal lines
53 Ferrite core
61 Fixed electrode part
62 Movable electrode part
63 frame
64 busbar
65a, 65b terminals
67 cable
68a, 68b terminal
Claims (8)
前記電力機器への交流電力供給中に前記超音波センサにより前記接続部の近傍で超音波を検出し、
前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、前記電力機器の前記接続部における接触不良を検出する、電力機器の接触不良検出方法。An ultrasonic sensor is placed near the connection part of the power equipment,
Wherein detecting the ultrasound in the vicinity of the connecting portion by ultrasonic sensor during AC power supply to the electrical equipment,
On the basis of the ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor, for detecting a contact failure in the connection of the power device, contact failure detection method of the power equipment.
前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の2倍の所定範囲内であれば、接触不良が発生していると判断する、請求項1に記載の接触不良検出方法。Compare the generation period of the periodic component of the ultrasonic wave and the power supply frequency that is the frequency of the AC power supplied to the power device,
If the generation period of the periodic component of the ultrasonic wave is within a predetermined range of the power supply frequency , or if the generation period of the periodic component of the ultrasonic wave is within a predetermined range of twice the power supply frequency , contact failure occurs. The contact failure detection method according to claim 1, wherein the contact failure detection method is determined.
個々の超音波センサにより検出された超音波の周期成分発生の時間的前後関係に基づいて、前記電力機器中の接触不良の発生箇所を判定する、請求項2又は請求項3に記載の接触不良検出方法。The ultrasonic sensors are respectively disposed at a plurality of locations of the power device,
The contact failure according to claim 2 or 3, wherein a location of occurrence of contact failure in the electric power device is determined based on a temporal relationship between generation of periodic components of ultrasonic waves detected by individual ultrasonic sensors. Detection method.
前記超音波センサにより検出された超音波に基づいて、前記電力機器の前記接続部における接触不良を検出する処理部と
を備える、電力機器の接触不良検出装置。An ultrasonic sensor that is disposed in the vicinity of the connection portion of the power device and detects an ultrasonic wave that is generated during the supply of AC power to the power device in the vicinity of the connection portion ;
A contact failure detection device for a power device, comprising: a processing unit that detects a contact failure at the connection portion of the power device based on an ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor.
前記超音波センサにより検出された超音波の周期成分を検出する周期成分検出部と、
この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の2倍の所定範囲内であれば、接触不良が発生していると判定する判定部とを備える、請求項7に記載の接触不良検出装置。The processor is
A periodic component detector for detecting a periodic component of the ultrasonic wave detected by the ultrasonic sensor;
The generation period of the periodic component of the ultrasonic wave detected by the periodic component detection unit is compared with the power supply frequency that is the period of the AC power supplied to the power device, and the generation period of the ultrasonic wave component is determined. A determination unit that determines that a contact failure has occurred if the power source frequency is within a predetermined range or if the generation period of the periodic component of the ultrasonic wave is within a predetermined range that is twice the power source frequency. The contact failure detection device according to claim 7.
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